基本放大电路教学设计

基本放大电路教学设计（精选7篇）

基本放大电路教学设计 篇1

问题

一、在电子线路的分析计算中，哪些因素可以忽略，哪些因素不能忽略？

问题

二、在放大电路中，交流信号源为什么要标出正、负（+、-）？ 问题

三、在下图的共射电路中，Cb1和Cb2的作用是什么？它们两端电压的极性和大小如何确定？

问题

四、如果用PNP型三极管组成的共射电路，直流电源和耦合电容的极性应当如何考虑？直流负载线的方程式有何变化？

问题

五、工作点是一个什么概念? 除了直流静态工作点之外，有没有交流动态工作点？

问题

六、什么是管子的静态功耗？如果交流输入信号幅值较大，如何减小这一功耗？

问题

七、放大电路负载最大的情况究竟是Ro→∞还是RL=0？为什么经常说RL愈小，电路负载愈大？

问题

八、交流电阻和直流电阻区别何在？线性电阻元件有没有这两种电阻？为什么rbe不能用于静态计算？

问题

九、在的放大电路中，如果RL→∞(空载)，调节 使电路在一定的时产生最大不失真输出电压，问应为多大？怎样才能调到最佳位置？

问题

十、在采用ＮＰＮ型管组成放大电路时，如何判断输出波形的失真是由于饱和还是截止？如果彩ＰＮＰ型管，判断的结果又如何？

问题

十一、对于图(a)的放大电路如果要用图解法求最大不失真输出电压幅值，应该怎样进行？

问题十二、一般认为放大电路的输入电阻Ri愈大愈好，但在某些情况下则要求Ri小些。这些是什么情况？

问题

十三、“共射放大电路的交流输入量和输出量反相”，这种说法确切吗？ 问题

十四、在用微变等效电路求放大电路的输出电阻时，对受控电流源应该如何处理？

问题

十五、共射放大电路的电压增益管子是否可以提高放大电路的电压增益？

。选择电流放大系数β大的答案如下：

一、在电子线路的分析计算中，哪些因素可以忽略，哪些因素不能忽略？

答：在电子线路的分析计算中，经常根据工程观点，采用近似的计算方法。这是为了简化复杂的实际问题，突出主要矛盾，使分析计算得以比较顺利地进行。在这里，过分追求严密，既无必要，也不可能。但是，近似计算又必须是合理的，必须满足工程上对计算精度的要求。例如，在固定偏置的放大电路中，偏置电流中如Vcc=12V,VBEQ=0.7V,则相对于Vcc，在计算时完全可以略去VBEQ，而认为

这样做，计算误差小于10%，满足工程要求。但是，如果 是两个数值较大而又比较接近的电流之差：

此时第一个除式中的VBEQ就 不能忽略，而且两个除式的计算都要比较精确，要有较多的有效数字位数，否则会得出不合理的结果。又如，在求两个电阻并联后的总电阻时，如果一个电阻比另一 个大10倍以上，则可认为总电阻近似等于较小的电阻，这样的近似计算误差也不大于10%。再如，在求放大电路的输出电阻时，管子的rec往往是和一个比它小得多的电阻（例如RC）并联。这时，因为rce>>Rc，在并联时rce就可略去，而认为输出电阻RO≈Rc。但是，在晶体管恒流源中，如果略去管子的rce，则恒流源的输出电阻Ro→∞。在这里，rce是和一个无限大的电阻并联，当然就不能略去。一个电阻是否可忽略，要看他和其他电阻相比所起作用的大小。

二、在放大电路中，交流信号源为什么要标出正、负（+、-）？

答：前面说过，放大电路的特点之一是交、直流共存。直流电压和电流的方向（极性）是固定的，而交流电压和电流的方向（极性）是随时间变化的。为了分析的方便，对交流电压和电流要标出假定的正方向，即参考方向。对交流电压，参考方向是以放大电路的输入和输出回路的共同端（⊥）作为负（－）端，其它各点为正（+）端。对交流电流，参考方向则是ic、ib以流入电极为正，ie以流出电极为正。对于微变等效电路中的受控源，受控量的参考方向取决于控制量的参考方向。例如，对双极型三极管，当ib的参考方向为从b极到e极时，ic的参考方向必为从c极到e极。对场效应管，当id的参考方向为 Ｇ（＋）Ｓ（－）时，的参考方向为流入Ｄ极。参考方向是电路分析的重要工具，必须正确理解和掌握。

三、Cb1和Cb2的作用是什么？它们两端电压的极性和大小如何确定？ 答：弄清这个问题有助于真正理解放大电路的工作原理和交、直流共存的特点，也是初学者容易产生疑问的地方。放大电路在静态(νi=0)和动态(νi≠0)时，各处的电压如上图所示。对Cb1：在静态时，+Vcc通过Rb对它充电，稳态时，它两端的电压必然等于VBEQ，而通过它的直流电流为零。电压极性是右正左负。所以，它的作用之一是“隔断直流”，不使它影响信号源。在动态时，如果电容量很大，而vi幅值很小，Cb1两端的电压将保持不变。这样，Cb1两端的交流电压将为零，而全部Vi都加在管子的b-e结上，使VCE=VCBQ+vi所以，Cb1的另一个作用是“传送交流”，使交流信号顺利通过。

对Cb2情况相似。在静态时，Vcc通过Rc对它充电。稳态时，它两端的电压必然等VBEQ，极性是左正右负，而通过它的直流电流为零，所以RL上的电压vo=0。这是Cb2的隔直作用。在动态时，如果电容量很大，Cb2两端的电压将保持不变，仍为VBEQ。这样，Cb2两端的交流电压将为零，而VCE=VCBQ+vce中的交流分量全部出现在RL上，即vo=vce。这是Cb2的传送交流作用。

四、如果用PNP型三极管组成的共射电路，直流电源和耦合电容的极性应当如何考虑？直流负载线的方程式有何变化？ 答：这里也有初学者容易产生混淆的问题。

在采用PNP型管时，首先电源的极性要反接，耦合电容（一般用电解电容器）的极性也要反接。电路中IB、Ic和VCE的方向也要和NPN型管的相反。这样，直流负载线的的方程式应为-VCE=VCC-ICRC。它的形式与采用NPN管时略有不同。所以，建议放大电路中直流电压和电流的极性和方向以NPN管为准，对PNP管则全部反号。这时，直流负载线的方程式仍为 VCE=VCC-ICRC，式中VCE、VCC、IC都为负值。

五、工作点是一个什么概念? 除了直流静态工作点之外，有没有交流动态工作点？ 答：工作点是放大电路分析中一个十分重要的概念，它指的是电路中二极管或晶体管的工作状态，经常用它们极间的电压和流入电极的电流的大小来表示。例如，二极管的VD、ID，三极管的VBE，ib，VCE，ic。管子的工作状态和工作点分两类。一类是不加交流输入信号，电路中只有直流量的工作状态和工作点，叫“静态”和“静态工作点”。另一类是加了交流输入信号后，电路中直流和交流量共存的工作状态和工作点。此时，电路和管子中的电压和电流都随时间变动，所以叫“动态”和“动态工作点”。前面说过，在直流电源、元件参数和管子特性（有时还包括负载电阻）确定之后，直流静态工作点只有一个。而在交流动态时，工作点随交流输入信号在时间上不断变化，它的变化轨迹就是交流负载线。在某一交流输入信号下，管子的交流动态工作点在交流负载线上的变化范围就是动态范围。

六、什么是管子的静态功耗？如果交流输入信号幅值较大，如何减小这一功耗？ 答：管子的静态功耗PVQ就是在静态时管子集电极上消耗的功率：PVQ=VCEQICQ。为了减少这一功耗，就要尽量降低管子的静态工作点Q。但是，在交流输入信号幅度较大时，降低Q点会使放大电路输出信号失真。此时，可以采用新的电路组成方案来解决，如乙类推挽或互补对称电路（见功率放大器）。

七、放大电路负载最大的情况究竟是Ro→∞还是RL=0？为什么经常说RL愈小，电路负载愈大？

答：电路负载的大小是指负载上输出功率的大小。在中频时，放大电路可以等效画成交流空载输出电压与输出电阻的串联，如图所示，其中V∞是电路的空载输

出电压，RO是内阻，RL是负载电阻。不难求出，负载上的输出功率为

利用上式可求出Po为最

大值Pomax时，负载电阻RLo=Ro，而这就是说，从RL=0到RL=PLO，电路的输出功率P0随RL的增大而增大：从RL=PLO到RL→∞，P0则随RL的增大而减小，如图（b）所示。放大电路一般工作在RL>RLO=RO的情况，所以说负载电阻RL愈小，Po也就是电路负载愈大。如果RL→∞（空载）或RL=0（短路），则均有Po=0，是负载最小的情况。

八、交流电阻和直流电阻区别何在？线性电阻元件有没有这两种电阻？为什么rbe不能用于静态计算？

答：对线性电阻元件，只要工作频率不太高，它的电阻是个常数。也就是说，它在直流工作和交流工作时电阻相同，没有直流（静态）电阻与交流（动态）电阻之分。非线性电阻元件则不然。它的伏安特性I=f(V)不是直线，是曲线。即使是在直流工作时，只要电压和电流不同，或者说静态工作点不同，它的直流（静态）电阻R=也不同(见图)。如果直流信号上还叠加着交流小信号，则非线性电阻元件对交流小信号的交流（动态）电阻就是伏安特性在静态工作点处切线斜率的倒数，即。所以，非线性电阻元件的交流（动态）电阻随工作点的不同而不同。从几何上说，非线性电阻元件的直流电阻由伏安特性在静态工作点处的割线斜率决定，而交流电阻则由伏安特性在静态工作点处的切线斜率决定。晶体管的发射结是ＰＮ结，它的伏安特性是非线性的。，其中第二部分就是ＰＮ结的伏安特性在静态工作点处切线斜率的倒数折合到基极回路后的值，是发射结的交流（动态）电阻，当然不能用，也不能由静态的VBEQ和IBQ来求来求静态电流。否则，就是混淆了放大电路中直流量和交流量的区别，混淆了非线性元件直流（静态）电阻和交流（动态）电阻的区别。

九、在的放大电路中，如果RL→∞(空载)，调节Rb使电路在一定的vi时产生最大不失真输出电压，问Rb应为多大？怎样才能调到最佳位置？

答：在RL→∞时，放大电路的直流负载线与交流负载线重合。为了产生最大不失真输出电压，Ｑ点应选在负载线中央。此时必有

即所以。在实际工作中，通过调节Rb来调整Ｑ点是比较简单可行因而也是经常使用的方法。在调节时，应使输出电压既无饱和失真（对ＮＰＮ型管是波形底部削平），又无载止失真（对ＮＰＮ型管是波形顶部削平）。同时，在充分加大Vi时,输出波形又同时在预部和底部出现失真。

十、在采用NPN型管组成放大电路时，如何判断输出波形的失真是由于饱和还是截止？如果是PNP型管，判断的结果又如何？

答：这也是初学时容易混淆而又不易记住的问题。实际上，由于采用NPN管和PNP管时，电压的极性相反，所以判断的方法也将相反。在左图，画出了两种管子工作在截止失真的情况。对于NPN 管，因为电压极性为正，截止失真发生的输出波形正半周的顶部。对于PNP管，因为电压极性为负，截止失真发生在输出波形负半周的底部。如果是饱和失真，则 判断结果与上述相反。

十一、对于图(a)的放大电路如果要用图解法求最大不失真输出电压幅值，应该怎样进行？

答：这里的主要问题在射极上有电阻Re和R｀e。在动态时，R｀e被短路，但Re还在。画交流负载线时应该考虑它，而且用交流负载线上的动态范围决定出来的最大不失真电压幅值不是(Vcm)M，而是(Vcem)M，两者还相差Re上的电压。

１．作直流负载线，如图（b）上的虚线。用分析射极偏置电路的方法求出ICQ=2.71mA，用它和直流负载线的交点定出Ｑ点。

２．作交流负载线

过Ｑ点作斜率为的直线（如图(b)上的交流负载线。注意：对应于这条线，横坐标表示的将是vo而不是vCE）。由此定出(Vom)M=12.3-6.9=5.4V。十二、一般认为放大电路的输入电阻Ri愈大愈好，但在某些情况下则要求Ri小些。这些是什么情况？

答：一般情况下，放大电路的信号源是一个电压源，它的内阻ro很小。为了使放大电路的输入电压Vi尽可能不失真地复现信号源电压Vs，希望放大电路的输入电阻Ri尽可能大，使。在把放大电路用在测量电压的仪器内时，这一点尤为重要。在阴极射线示波器内用放大电路驱动磁偏转线圈时，也是这样。但是，当信号源是一个内阻Ro很大的电流源时，就要求放大电路的输入电阻Ri比信号源内阻Ro小得多，使流入放大电路输入端的电流Ii尽可能接近信号源电流

。例如，光电管和硅光电池都以高内阻提供电流。为了把电流变换为低内阻电压源，就使用输入电阻小的放大电路。另外，为了减小外界干扰对放大电路的影响时，也 希望放大电路的输入电阻小。必须指出：输入电阻的要领是对静态工作点附近的变化信号来说的，属于交流动态电阻，不能用来计算放大电路的静态工作点。

十三、“共射放大电路的交流输入量和输出量反相”，这种说法确切吗？

答：这种说法不确切，因为它没有指明输入量和输出量是什么。在放大电路的分析中，经常是讲电压增益。这时，输出量和输入量都是电压。在这种情况下，共射 放大电路从集电极输出的交流电压是和从基极输入的交流电压反相的。如果讲的是基极输入电压和射极输出电流（约等于集电极输出电流）的相位关系，则在共射放 大电路中两者是同相的。

十四、在用微变等效电路求放大电路的输出电阻时，对受控电流源应该如何处理？

答：对不同接法组态的放大电路，决定输出电阻的微变等效电路不同，对受控电流源的处理也不同。例如，对

共射电路决定输出电阻的等效电路如图，图中的Rs是信号源内阻，rce是三极管的输出电阻．在这个电路中，由于流过rbe的，受控源β

也是零。所以，输出电阻又如，对上图的共基电路，决定输出电阻的等效电路如下图（a）．如果不考虑rbe，则因，而Ro=Rc。如果考虑rbe，则可将有内阻rbe的受控电流源变换为有内阻rbe的受控电压源，其方向为左正右负（图(b)）．令R=Rs//Re//rbe，则得,所以或从而求得

可见Ro很大，是(1+β)rce量级，而

十五、共射放大电路的电压增益是否可以提高放大电路的电压增益？ 答：从

。选择电流放大系数β大的管子的表达式看，似乎加大β就可以提高

。实际上还应考虑到管子的参数rbe和β有关，即。如果不考虑rbb’，并认为1+β≈β，则。提高

基本放大电路教学设计 篇2

关键词：模拟电子技术,教学方法,多样化,放大电路

模拟电子技术课程是继电路分析基础课程之后, 电子信息工程、电子科学与技术、自动化、通信工程等我校电子类专业学生的第二门专业基础课, 也是计算机类、机械类和物理类等其他理工科专业的必修课程之一。该课程是电子技术基础的一个部分, 通过该课程的学习, 学生能掌握电子技术方面的一些基本知识、基本理论和基本技能, 进行基本模拟电路的分析和设计, 为以后进一步学习数字电子技术、高频电子线路等后续课程打好基础。①

1 模拟电子技术课程传统教学方法的不足

模拟电子技术课程不仅有完备的理论知识体系, 而且具有很强的实践性、工程性和应用性, 相当数量的学生学习过程中感到一知半解, ②很多教师也感觉很难取得较好的教学效果。对于模拟电子技术课程教学, 传统教学方法重在“教”, 一般以教师为中心, 授课侧重在把模拟电子技术各个章节的知识点讲清楚, 满足于教材上的现成知识;轻于“学”, 忽略了以学生为中心, 没有考虑到学生的主体地位, 造成教与学二者的脱节。

考虑到模拟电子技术课程的重要性和“入门不易, 学好很难”的特点, 很多教师不断地进行该课程的教学探讨和教学改革, 而且有些改革已具有良好的效果。笔者总结了目前一些高校对该课程教学改革的成功经验, 针对传统教学方法的不足, 充分考虑学生的实际情况, 利用多种现代教学方法, 突出课程的基础理论, 强化学生的实践应用能力, 以适应地方高校转型背景下应用型人才培养的新要求。

2 多样化教学方法在模拟电子技术教学中的应用

针对模拟电子技术课程在教学过程中可能出现的问题, 诸多文献进行了相关的讨论。笔者根据自己讲授模拟电子技术课程中的体会, 突出学生学习兴趣的培养, 注重站在学生角度思考问题, 提出了多样化的教学方法。在教学实施过程中, 注重传统“黑板+粉笔”教学方法和现代多样化教学方法相结合, 采用引导启发法、悬念设疑法、任务驱动法、多媒体演示法、虚拟实验仿真法等教学方法, 引导学生主动参与到教学过程中来, 发挥学生的主观能动性, 使学生的注意力集中在课堂上。

结合模拟电子技术课程的特点, 以该课程中的基本放大电路的组成及工作原理这一核心知识点为例, 探讨多样化的教学方法的应用。

2.1 引导启发法

教学导入是整个教学过程中非常重要的环节, 很平淡的开场白不容易引起学生的兴趣, 因此教师在开始上课时就应该集中学生的注意力。例如在教学过程开始阶段先提问:“请同学们举一些生活中放大的例子”, 通过学生回答出的几种放大现象:“利用放大镜使微小的物体现出较大的形象、利用杠杆能用小力移动重物、利用变压器将低电压变为高电压、说话的声音通过扩音器被放大”, 再引导学生分析不同放大现象的区别:“这些放大现象分别是光学放大、力学放大、电学放大、电子学放大”, 从而引出了模拟电子技术课程中基本放大电路放大作用的内在含义。通过老师巧妙地引导和启发, 使学生很快进入到本课程的学习情境中。

2.2 悬念设疑法

在课堂上, 为了集中学生的注意力, 教师可以采用悬念设疑法。结合授课的具体内容, 教师可以提出一些相关的问题, 让学生思考解决办法。为了提高学生思考问题和回答问题的积极性, 教师可以将积极回答问题的学生记录下来, 作为平时成绩评定的依据。如在本课例教学中, 结合共射极放大电路的组成提问:“如何判断三极管工作在何种状态”, 考查学生能否通过前一章三极管基础知识的学习, 解决新教学内容中的实际问题。

2.3 任务驱动法

笔者在模拟电子技术课程的教学中采取了任务驱动法, 针对学生学习、生活中的实际情况布置一个学习任务, ③让学生完成任务来了解模拟电子技术的知识。如在讲授放大电路的组成和工作原理知识点之前, 安排学生收集生活中放大的相关例子, 整理出问题, 然后结合授课时的知识加以理解。课后, 要求学生根据对共射极放大电路的组成的理解, 思考“是否还有其它形式的三极管放大电路”, 促使学生对新问题进行探讨研究, 考查学生的自主研究探索能力。

2.4 多媒体演示法

多媒体教室为课程多媒体教学和演示提供了硬件保证。教师通过应用多媒体演示法, 演示与课程相关的视频、音频、动画等多媒体素材, 能够刺激学生的五官感受, 激发学生的学习兴趣。本课例中笔者制作多媒体课件并充分利用多媒体设备进行教学演示, 获得事半功倍的效果。④例如, 在本课例中, 在讲解放大电路的工作原理时, 通过播放“放大电路的工作过程”动画, 将放大电路工作过程中各处的电压、电流形象地展现在学生眼前, 复杂原理的理解就变得非常简单了。

2.5 虚拟实验仿真法

在本课例中通过教师演示虚拟实验、学生分组进行虚拟实验, 利用Multisim仿真软件进行放大电路的仿真。学生通过积极进行仿真实验, 学习虚拟实验的方法, 讨论实验结果的正确性, 达到了活跃课堂气氛, 巩固所学知识, 理论知识和实验技能相结合的效果。

3 基本放大电路课例教学过程设计

在每节课的教学过程中, 往往需要多种教学方法结合使用, 这样才能达到比较好的教学效果。在基本放大电路的组成及工作原理这一课例中, 笔者结合多样化的教学方法设计了表1 的教学过程。这一课例设计在我校组织的教学设计竞赛中获得一等奖, 并在教学实践中多次获得同行好评, 通过学生反馈出来的教学效果良好。

4 结束语

在电子技术日新月异发展的新形势下, 为了培养适应现代电子技术发展的应用型人才, 模拟电子技术课程的教学方法势必进行多样化的改革, 其目的就是为了使学生能更好地掌握模拟电子技术的基本概念、基本电路的工作原理和分析方法, 通过实验教学和软件仿真, 提高学生的电路分析设计能力、实际工程应用能力。

我校模拟电子技术课程的教学方法改革的实践表明, 引导启发、悬念设疑、任务驱动、多媒体演示、虚拟实验仿真等多元化教学方法在模拟电子技术课程教学中的组合运用, 能有效促进学生对系统理论知识的理解, 提高学生的学习兴趣, 开阔学生的视野, 达到良好的教学效果。

注释

11陈景惠.电子技术基础课程在专业教学培养中的地位与作用分析[J].黑龙江科技信息, 2010 (14) .

22 高晓丹, 魏婉华.关于模拟电子技术课程教学的几点思考[J].读写算 (教育教学研究) , 2012 (40) .

33 解秀叶.任务驱动法在计算机教学中的应用效果观察[J].中国科技博览, 2012 (3) .

基本放大电路教学设计 篇3

关键词 电子电路设计；语音放大电路；Multisim仿真

中图分类号：TP391.9 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2015）16-0037-02

1 设计任务与技术指标

设计任务 设计并制作一个由集成运算放大器组成的语音放大电路，其作用是不失真地放大输入的音频信号。为此，语音放大电路应由输入电路、前置放大器、有源带通滤波器、功率放大器和扬声器几部分构成。

技术指标

1）前置放大器：输入信号Uid≤10 mV，输入阻抗Ri≥100 kΩ，共模抑制比KCMR≥60 dB。

2）有源带通滤波器：带通频率范围300 Hz～3 kHz。

3）功率放大器：最大不失真输出功率Pom≥5 W，负载阻抗RL=4 Ω。

2 工作原理

由于话筒的输出信号比较小，为此需用前置放大器对话音进行放大。声音是通过空气传播的一种连续的波，说话的信号频率通常在300 Hz～3 kHz之间，这种频率范围的信号称为语音信号。声音在空气中传播会产生谐波失真，为了提高输出信号的高保真性能，需要设计频率范围在300 Hz～

3 kHz之间的带通滤波器，用于滤除语音信号频带以外的噪声。功率放大器用于对语音信号进行功率放大驱动扬声器输出，要求输出功率尽可能大，转换效率尽可能高，非线性失真尽可能小[1]。

3 设计方案

根据技术指标要求，可由输入信号、最大不失真输出功率、负载阻抗，求出系统总电压放大倍数Au=894。由于实际电路中存在损耗，故取Au=900。根据各单元电路的功能，各级电压放大倍数分配为：前置放大器11倍，有源带通滤波器2.5倍，功率放大器33倍。

前置放大器 前置放大器为测量用小信号放大电路。由于传声器输出信号的最大幅度仅有若干毫伏，而共模噪声可能高到几伏，在设计中要考虑放大器输入漂移、噪声以及放大器本身的共模抑制比对设计精度的影响，前置放大器应该是一个高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移的小信号放大电路。本设计采用具有很高输入阻抗、能与高阻话筒配接的同相比例运算电路作为前置放大器，电路如图1所示，其电压放大倍数Au为：

所以取R1=10 kΩ，R2=100 kΩ，R3=R4=200 kΩ。

有源带通滤波器 由有源器件和RC网络组成的滤波器称为有源滤波器。按照滤波器工作频带的不同，可分为低通、高通、带通和带阻四种滤波器。根据语音信号的特点，语音滤波器应该是一个二阶有源带通滤波器，其频率范围应在300 Hz～3 kHz之间。

1）二阶有源低通滤波器。二阶有源低通滤波器如图2所示。

电压放大倍数为：

设品质因数Q=0.707，得通带放大倍数Aup=1.58，故取R3=47 kΩ，R4=27 kΩ。由于f0=3 kHz，若取C1=C2=6.8 nF，

则有R1=R2=8.2 kΩ。

2）二阶有源高通滤波器。高通滤波器与低通滤波器具有对偶性，若把图2中的C1、C2和R1、R2位置互换，就可得到二阶有源高通滤波器。电压放大倍数为：

设品质因数Q=0.707，得Aup=1.58，故取R3=47 kΩ，R4=

27 kΩ。由于f0=300 Hz，若取C1=C2=68 nF，则有R1=R2=

8.2 kΩ。

3）宽带带通滤波器。当低通滤波器的截止频率大于高通滤波器的截止频率时，将二阶低通滤波器和二阶高通滤波器串联，就可得到通带较宽的二阶带通滤波器。该方法构成的带通滤波器多用作测量信噪比的音频带通滤波器，其带宽由两个滤波器的截止频率决定，且通带截止频率易于调整[2]。

功率放大器 功率放大器的作用是给语音放大电路的负载（扬声器）提供所需的输出功率。LM386是一种低电压音频集成功放，具有电源电压范围宽、静态功耗低、电压增益可调、外接元件少和低失真度等优点。

LM386的典型应用电路如图3所示。LM386的电源电压范围为4～15 V，静态电源电流为4 mA，输入阻抗为50 kΩ。

电路由单电源供电，输出端经输出电容C5接负载，以构成OTL电路。RP1和C6阻容网络用来设定电压增益，即调节电位器RP1，可使电压增益在20～200之间变化；C2为去耦电容，用来滤掉电源的高频交流成分；C3为旁路电容，起滤除噪声的作用；R1和C4校正网络用来进行相位补偿，防止电路高频自激；C5为耦合电容，起隔直流通交流作用。

4 电路实现

利用Multisim软件画出各单元电路的仿真电路图，先对各单元电路进行分级调试，再将各单元电路级联进行整机调试；然后进行电路焊接与装配，对实际电路进行性能指标测试；最后进行实际系统音质效果试听，即将话筒或收音机的耳机输出口接语音放大电路的输入端，用扬声器代替负载电阻，应能听到音质清晰的声音。

参考文献

[1]于卫.模拟电子技术综合实训教程[M].武汉：华中科技大学出版社，2013.

功率放大电路教案 篇4

[教学目的] 掌握互补功率放大电路的工作原理,熟悉实际功放OCL电路

[教学重点和难点] 互补功率放大电路的最大输出功率、转换效率和最大输出

[教学内容]

一、主要特点

1.由于输出电压或输出电流的幅度较大，功率放大电路必须工作在大信号条件下，因而容易产生非线性失真。如何尽量减小输出信号的失真是首先要考虑的问题。

2.输出信号功率的能量来源于直流电源，应该考虑转换的效率。

3.半导体器件在大信号条件下运用时，电路中应考虑器件的过热、过流、过压、散热等一系列问题，因此要有适当的保护措施。

二、基本类型

功率放大电路主要有互补对称式和变压器耦合推挽式两种类型。

1、互补对称式

OTL功率放大器要求输入端(T1、T2基极)上的静态电压也为Vcc/2，即VI=(VCC/2)+Vi。单电源互补对称功率放大器增加了一只大容量(几百～几千微法)的电解电容。当静态时(Vi=0)，T1和T2都截止。它们的射极电压为V cc /2，所以电容C上充有Vcc/2的电压，输出Vo=-Vc=0。信号Vi为正半周时，T1导电，使T2截止，负截RL上流过正半周电流；信号为负半周时，电容器C上的电压Vcc/2作为电源，T2导电，T1截止，负载上流过负半周信号电流。所以电容C要有足够大的容量，使得在信号负半周时能提供出较大的电流。互补对称功率放大器由于在静态条件下T1和T2都处于截止状态，所以它的静态功耗为零，但在动态时存在严重的交越失真。为了克服交越失真，必须给互补对称功率放大电路设置一定的静态工作点(使信号Vi=0时，T1、T2管都处于微导电状态)。根据静态工作点的不同设置，互补对称功率放大器可以工作在乙类功放，即导电角θ=180°；甲类功放，即导电角θ=360°和甲乙类功放，即导电角在θ=180°～360°。

2.变压器耦合推挽式

变压器耦合的突出优点是，通过改变变压器的变比，能找到一个最佳的等效负载(此时输出功率最大，且不失真)。并且，在不提高电源电压的条件下，可以使输出电压的幅度Vom超过电源电压。

[小结] 1.功率放大电路是在电源电压确定的情况下,以输出最大不失真的信号功率各具有尽可能高的转换效率为组成原则,功放管常常工作在尽限应用状态。2.低频功放电路有变压器耦合乙类推换电路、OTL电路、OCL电路和BTL电路。

[复习] 1.功放电路的性能指标:最大输出电压、最大输出功率和效率

基本放大电路教学设计 篇5

本科毕业论文(设计)

基于

multisim的谐振放大电路

学生姓名：郝红日 所属院部：物理与电子信息

专 业：电子信息 指导教师：曹树伟

****年**月**日

基于multisim的谐振放大电路

郝红日

赤峰学院物理学院 赤峰 024000 摘要

论文主要介绍了EDA 软件Multisim的功能和特点,并利用其先进的高频仿功能对丙类谐振功率放大器进行了仿真研究,给出了其各种外部特性仿真分析结果,实现了其功能验证.该实例充分表明,Multisim可为高频电子电路的分析、设计和优化提供一个快捷、高效的新途径仿真结果直观、精确，很好地验证了理论。该软件有强大的仿真和分析功能，在实现高频电路分析和设计方面不仅高效、可靠，而且具有逼近真实电路的效果。

关键词 Multisim；仿真分析；谐振放大电路

一引言

Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

二谐振放大电路原理

谐振电路原理图中的LC并联谐振回路用电阻Rc代替，就是典型的共发射极电路。它的电压放大倍数是Au=βRc/rbe(这里是其绝对值，没有考虑相位问题)。由于Rc对所有的频率分量都呈现出相同的阻值(阻抗)，故这个电路没有频率选择作用(即在很宽的频率范围内，其放大倍数是一样的)。若Rc用LC并联谐振回路代替，由于谐振阻抗的频率特性，使得在谐振频率点及左右极小的频率范围内呈现出很高的阻抗，使电路的电压放大倍数很高，而离开谐振点的其他频率范围都呈现出极低的阻抗(理想状态下可以看做为零)，使电压放大倍数接近于零，于是这个放大器就有了对某一频率有选择性的放大特性，称为谐振放大器。

三相关计算 1中心平率

回路的谐振频率表达式

f012lc

L为调谐回路电感线圈的电感量 2通频带

C

为调谐回路的总电容

由于谐振回路的选作用，当工作频率偏离谐振频率时放大器的电压放大倍数下降，习惯，频上称电压放大倍数av下降到谐振电压放大倍数Avo的 0.707 倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带带宽BW，表达式为

BW2f0.7f0q

lq为谐振回l的有载品质因数

路

由于回路失调后电压放大倍数下降所以得

bwfhfl2f0.7

3阻抗

zrjx

四Multisim的特点

直观的图形界面：整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。

(2)丰富的元器件库：Multisim大大扩充了EWB的元器件库，包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL和CMOS数字IC、DAC、ADC及其他各种部件，且用户可通过元件编辑器自行创建或修改所需元件模型，还可通过liT获得元件模型的扩充和更新服务。(3)丰富的测试仪器：除EWB具备的数字万用表、函数信号发生器、双通道示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪外，Multisim 新增了瓦特表、失真分析仪、频谱分析仪和网络分析仪。尤其与EWB不同的是：所有仪器均可多台同时调用。4)完备的分析手段：除了EWB提供的直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真分析、参数扫描分析、温度扫描分析、极点一零点分析、传输函数分析、灵敏度分析、最坏情况分析和蒙特卡罗分析外，Multisim 新增了直流扫描分析、批处理分析、用户定义分析、噪声图形分析和射频分析等，基本上能满足一般电子电路的分析设计要求。网络分析仪和频谱分析仪。(5)强大的仿真能力：既可对模拟电路或数字电路分别进行仿真，也可进行数模混合仿真，尤其是新增了射频(RF)电路的仿真功能。仿真失败时会显示出错信息、提示可能出错的原因，仿真结果可随时储存和打印。本次设计电路就是利用multisim软件进行绘图并仿真。

五仿真电路

1仿真电路图如下

2变压器参数设置n=3.25

EWB V ersion 4-Transformer Model

* n= 3.25 Le= 1e-012 Lm= 4.22e-007 Rp= 1e-006 Rs= 1e-006 Rp 1 6 1e-006ohm Rs1 10 3 1e-006ohm Rs2 11 5 5e-007ohm Le 6 7 1e-012H Lm 7 2 6.5e-006H E1 9 8 7 2 0.1539 E2 8 4 7 2 0.1539 V1 9 10 DC 0V V2 8 11 DC 0V

F1 7 2 V1 0.307692 F2 7 2 V2 0.307692 3测试谐振电压增益Auo、谐振频率fo、通频带等技术指标 测试幅度频特性曲线

根据图幅频特性曲线，读出谐振电压增益Auo= 162.4，谐振频率fo= 55.6MHz

4测试通频带

根据图幅频特性曲线，读出fH= 63.3013MHz，fL= 48.8198 MHz，BW0.7= 14.4815 MHz CH1-输入波形，CH2-输出波形

直流分析，读出三极管vb=4.668v ve=4.015，vc=12，三极管工作在放大区。

六 结语； 1，高频谐振放大器是用于无失真的放大某一频率范围的信号。其频带宽度可分为窄带放宽带放大器，而最常用的为窄带放大器，它是以各种选频电路作负载，兼高频电子线路课程设计具阻变换和选频滤波功能。高频谐振放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。谐振放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。以理论分析为依据，本设计以实际制作为基础，用LC振荡电路为辅助，来消除高频放大自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配

2，EDA就是“Electronic Design Automation”的缩写技术已经在电子设计领域得到广泛应用。发达国家目前已经基本上不存在电子产品的手工设计。一台电子产品的设计过程，从概念的确立，到包括电路原理、PCB版图、单片机程序、机内结构、FPGA的构建及仿真、外观界面、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计，再到PCB钻孔图、自动贴片、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需资料等等全部在计算机上完成。EDA技术借助计算机存储量大、运行速度快的特点，可对设计方案进行人工难以完成的模拟评估、设计检验、设计优化和数据处理等工作。参考文献

基本放大电路教学设计 篇6

摘要：简要分析了UC3637双PWM控制器和IR2110的特点，工作原理。由UC3637和IR2110共同构建一种高压大功率小信号放大电路，并通过实验验证了其可行性。

关键词：小信号放大器；双脉宽调制；悬浮驱动；高压大功率

引言

现有的很多小信号放大电路都是由晶体管或MOS管的放大电路构成，其功率有限，不能把电路的功率做得很大。随着现代逆变技术的逐步成熟，尤其是SPWM逆变技术，使信号波形能够很好地在输出端重现，并且可以做到高电压，大电流，大功率。SPWM技术的实现方法有两种，一种是采用模拟集成电路完成正弦调制波与三角波载波的比较，产生SPWM信号；另一种是采用数字方法。随着应用的深入和集成技术的发展，已商品化的专用集成电路（ASIC）和专用单片机（8X196/MC/MD/MH）以及DSP，可以使控制电路结构简化，集成度高。由于数字芯片一般价格比较高，所以在此采用模拟集成电路。主电路采用全桥逆变结构，SPWM波的产生采用UC3637双PWM控制芯片，并采用美国IR公司推出的高压浮动驱动集成模块IR2110，从而减小了装置的体积，降低了成本，提高了系统的可靠性。经本电路放大后，信号可达3kV，并保持了良好的.输出波形。

图1

1 UC3637的原理与基本功能

UC3637的原理框图如图1所示。其内部包含有一个三角波振荡器，误差放大器，两个PWM比较器，输出控制门，逐个脉冲限流比较器等。

UC3637可单电源或双电源工作，工作电压范围±（2.5～20）V，特别有利于双极性调制；双路PWM信号，图腾柱输出，供出或吸收电流能力100mA；逐个脉冲限流；内藏线性良好的恒幅三角波振荡器；欠压封锁；有温度补偿；2.5V阈值控制。

UC3637最具特色的是三角波振荡器，三角波产生电路如图2所示。三角波参数按式（1）及式（2）计算。

Is=[（+VTH）-（-Vs）]/RT    （1）

f=Is/{2CT[(+VTH)-(-VTH)]}    （2）

式中：VTH为三角波峰值的转折（阈值）电压；

Vs为电源电压；

RT为定时电阻；

CT为定时电容；

Is为恒流充电电流；

f为振荡频率。C3637具有一个高速、带宽为1MHz、输出低阻抗的误差放大器，既可以作为一般的快速运放，亦可作为反馈补偿运放。UC3637实现其主要功能的就是两个

基本放大电路教学设计 篇7

经过固态光电倍增管转换的信号还比较微弱,很容易受到噪声的干扰。前置放大电路[7]的设计就是把夹杂噪声的微弱信号进行放大,抑制工作环境中的噪声,提高信号和噪声的比值,即提高信噪比。需要综合权衡增益、带宽、噪声、灵敏度等性能,进行合理的折中[8]。

对于电源电路[9],一种是采用恒流源电源;另一种是采用+5 V电源驱动芯片,经变压器放大,然后整流、滤波得到+60 V电源电压,但由于其结构较为复杂,且应用的零器件较多,所以体积较大,给使用带来了很多的不便。针对这一现象,研究并设计了单电源电路,从而小型化系统。

1 SSPM的性能

1.1 SSPM动态范围

对SSPM-10035来说其线性响应范围[10]是10~1000个光子数之间(每猝灭时间),换算成功率为

P=n×hν/τ(1)

其中,P为功率;n为光子数;h普朗克常数;v为入射光子频率;t为猝灭时间。v取波长为510 nm时的光频率,t取一个猝灭时间100 ns,计算得P的范围为3.9×10-11~3.9×10-9W。当入射光功率在这个范围内时,SSPM输出与输入成线性;整个动态响应范围则是在10~10 000个光子之间(每猝灭时间)。

1.2 温度对SSPM的影响

温度的变化会影响SSPM的击穿电压,而击穿电压的变化会进一步影响到增益和输出响应。图1为温度-击穿电压曲线。从图1中可以看出,随着SSPM工作环境温度的升高,击穿电压也升高,两者呈一定线性关系。通过进一步的研究,温度每上升1℃击穿电压增加约23mV。击穿电压与温度的数学表达式如下

Vbr=0.023×T+27.2 (2)

图2为在不同的温度点下的增益-偏压曲线。从图2中可看出,在相同的偏压下,温度越低时增益越大,有时增益相差可达一个数量级,所以实际应用中,有必要考虑环境温度对SSPM的影响,需要设计适合使用环境的冷却装置。

2 放大电路的设计与仿真

2.1 系统结构及器件

为使固态光电倍增管正常工作,需提供30 V的偏置电压,使其处于偏置状态,并应配有相应的前置放大电路。系统的总体框图如图3所示。

前置放大电路的设计从两方面考虑:一是设计合适的电路形式;二是选择合适的器件,从而设计出动态响应快、稳定性高、可靠性好的高性能的电路。跨阻放大器的作用是将光电二极管微弱的电流信号转为合适的电压输出,同时可以比较容易地获得最佳信噪比。

本设计中采用了TI公司的高速运算放大器LMV793。LMV793是一款低噪声电压反馈的跨阻放大器,可应用在光电二极管放大器、低噪声信号处理、传感器接口等领域。LMV793有源电压范围为1.8~5.5 V,其为单电源运算放大器。LMV793每个轨到轨的输出特性能够驱动一个600Ω的负载并且产生60 mA的电流。低输入电压噪声为,输入偏置电流为100 fA,增益带宽积为88 MHz,其能保证2.5 V和5.0 V的性能,总谐波失真为0.04%,温度范围为-40℃~125℃。LMV793在低电压和低噪声系统中提供了最佳的性能。

2.2 仿真结果分析

LMV793也是一款互阻抗放大器,由于互阻抗放大器本身就是一款微分电路,所以其不太稳定。为了确保其稳定性,可以使用一个相对较大的反馈电容,以过补偿电路,但是使用较大的补偿电容CF将会增大电路的带宽,从而超出LMV493的带宽。根据以上分析,前置放大电路设计如图4所示。其中C1=CD+CCM,CCM为运算放大器的输入共模电容值为15pF,CD为二极管的电容为30 pF,CF=5 pF。

电路仿真主要是检验设计方案在功能方面的

正确性。用Multisim软件对电路进行了仿真,采用矩形波信号作为输入,幅值为1 mA,频率为100kHz,当CF=5 pF时,仿真结果如图5a所示。从图5a可以看出,此波为矩形波,但是由于电容值小,补偿作用微乎其微,故增大CF的值。当CF值为50 pF时,仿真结果如图5b所示。增大补偿电容后,输出信号的振荡和过冲明显降低,电路带宽为949 kHz,可以实现2 000倍的放大倍数。

3 偏置电压电路的设计及制板

电源电路需要用到+5 V和+30 V的电源。+30 V为SSPM提供偏置电压,因为SSPM工作在盖革模式下的最低电压为28 V,故采用了典型值30 V。设计时采用常用的+5 V电源来得到+30 V的电压。

SSPM对工作偏压电源要求电压纹波峰峰值小于4%,偏压范围28~36 V,电源电流范围小于30 mA。根据所查资料了解到MAX5026常应用于产生雪崩二极管的偏置电压,故用MAX5026来实现30 V的电压电路设计,其原理图如图6所示。

输出滤波电容为1μF或者更大一点,为了减小输出纹波,应选择低等效串联电阻、低等效串联电容和电容值大的电容。另外一种减小输出纹波的方法是在升压转换器的输出端连接一个RC滤波电路,如图7所示。图7中增加R3、C3可以减小纹波,为最终30 V电源电路设计方案。

为了检测所设计的电路是否能够达到要求,绘制PCB板并做出实物进行测试。实物如图8所示。

4 调试与检验

完成了偏置电压电路板的焊接、制作后,对电路板进行了测试,在VCC端接5 V电源,GND端接地,输出端接示波器,其输出波形如图9a和图9b所示。

对比加入滤波电路前后的输出波形,由图9可以清晰地看出,接入R3和C3后,纹波明显减小。其实,即使是最好的基准电压源器件,其输出电压也是有纹波的。纹波的害处很多,如容易在设备中产生不期望的谐波;降低电源的效率;带来噪声干扰等。因此在设计电路时必须要尽量降低纹波电压。经测试得输出电压的范围为29.2~31.6 V,输出电压均值为30.4 V,纹波为600 mV,可以满足设计要求。

5 结 论

文中研究和设计了固态光电倍增管的前置放大电路和电源电路,并进行了仿真和实验验证。仿真结果表明,设计的电路可以实现2 000倍的放大功能,输出电压的范围为29.2~31.6 V,输出电压均值为30.4 V,纹波为600 mV,可以满足设计要求。另外在电路设计中,采用单电源运放,减少供电电源,利于电路小型化。

摘要：固态光电倍增管(SSPM)作为一种新型的光电探测器件,具有广泛的应用。研究并设计了固态光电倍增管的外围电路、前置放大电路和电源电路。应用软件仿真验证了放大电路的可行性,优化了反馈电容参数,使电路性能达到最佳。为实现设计的小型化和简洁化,设计并制作了电源电路,实验结果表明,输出电压均值为30.4 V,满足设计要求。